西北大型灌区农业灌溉对水质演化及地表水-地下水交互作用的时空影响解密

本文综合运用水化学与同位素（δ2H, δ18O, 222Rn）、熵权水质指数（EWQI）、正矩阵分解（PMF）和222Rn质量平衡模型（RMBM）等方法，揭示了黄河南岸灌区（IASBYR）水质的时空演化规律及地表水-地下水交互作用（SWGIs）机制。研究发现水质恶化主要受氮/氟污染及水岩相互作用（WRIs）控制，并量化了不同河段及灌溉季节下的水通量交换（qr, qg），为黄河流域农业水资源优化管理与生态保护提供了关键科学依据。

　　

Section snippets

Study area

位于中国内蒙古自治区鄂尔多斯市杭锦旗北部的黄河南岸灌区（IASBYR）是黄河灌区的重要组成部分，在区域农业生产和水资源利用中扮演着关键角色。具体来说，黄河水通过南干渠引入，主要分为五个灌区：昌汉白、巴拉亥、牧业、建设和独贵。本研究...

Sampling and testing

分别于2024年春季灌溉期（4月8–17日）、夏季灌溉期（7月27日–8月4日）和秋季灌溉期（11月11–17日）进行了三次野外采样。通过这些活动，共采集了258个水样（每次活动86个），采样点固定（37个地下水点、39个渠道水点和10个黄河水点；图1）。此外，还采集了33组雨水样品用于同位素分析。具体来说，使用...

Hydrochemical characteristics

图2展示了地下水、渠道水和黄河水在不同灌溉期内水化学参数（K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, SO₄^2-, Cl^-, NO₃^–, F^-, HCO₃^–, TDS, TN, TP, pH）的箱线图。本研究采用世界卫生组织（WHO）指南作为主要水质标准，以确保饮用水安全和健康保护。然而，由于WHO未对总氮（TN）和总磷（TP）设定明确限值，且中国国家地下水标准（GB/T 14848–2017）也未管制这些参数，我们...

Controlling factors of water quality evolution

本研究通过整合皮尔逊相关性分析和正矩阵分解（PMF）来识别控制水化学特征的主导因素。在需要基于浓度的水质参数的PMF模型中，纳入了12个物理化学变量（K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, SO₄^2-, Cl^-, NO₃^–, F^-, HCO₃^–, TDS, TN, TP）。最佳因子数通过残差分布分析以及预测值与观测值之间的相关性确定...

Conclusions

本研究利用水化学图、氢氧同位素分析、熵权水质指数（EWQI）、正矩阵分解（PMF）和氡质量平衡模型（RMBM）等多种技术，调查了黄河南岸灌区（IASBYR）水质演化和地表水-地下水交互作用（SWGIs）的时空格局。可以得出以下结论：

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  （1）研究区水体呈弱碱性。具体而言，地下水和渠道水以微咸水和半咸水为主，而黄河水为淡水。此外，地下水对应于...